【正文】 圖 主控制器ＣＰＵ的選擇 ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)是集中ＣＰＵ，Ｉ／Ｏ端口及部分ＲＡＭ等為一體的功能性很強(qiáng)的控制器。 4． 接口。 3． 存儲(chǔ)器。即中 央處理單元 CPU 2． 總線。 設(shè)計(jì)步驟 確定硬件電路的總體方案。 取 ? =（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)）， ? ＝０ .8， sP = HP =Ｎ。若取b??? ，則Ｓ＝ p? ，且 ()szP P G P?? ? ?。 對(duì)鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算： 340. 78 10J D L?? ? ? ? 式中 D 為圓柱零件直徑， L 為圓柱零件的長(zhǎng)度。 齒輪計(jì) 算、設(shè)計(jì) 因步進(jìn)電機(jī)步距角 ? ? 滾珠絲杠螺距 t=5mm,要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量 1 /p m m st ep? ? ,在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng) . 齒輪傳動(dòng)比： 0 360li p??? ，初選步進(jìn)電機(jī)步距角： α = ?/step。 （ 4） 剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為： ESFll 01 ???(cm) Y向所受牽引力大 ,故用 Y向參數(shù)計(jì)算 60622 2 21 .65 1261 2 5 1 .82 0 .51 2 0 .6 1 0 2 .142 0 .6 1 0 ( / )3 .1 4 ( ) 2 .1 46 .1 2 1 0YFNl c mE N C MS R C ML C M????????? ? ? ?? ? ? ? ? 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。 39。 039。 其基本參數(shù)如下 : 其額定動(dòng)載荷為 14205N yQ 足夠用 .滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式 ,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式 . 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表 名稱(chēng) 計(jì)算公式 結(jié)果 公稱(chēng)直徑 0d ―― 20mm 螺距 t ―― ５ mm 接觸角 ? ―― 045 鋼球直徑 bd ―― 螺紋滾道法向半徑 R ? 11 偏心距 e ( 2) si nbe R d ?? ? ? 螺紋升角 ? 0tarctg d? ?? 039。 取 f=, 400ZF ? 則 : m a xm a xXF 200 0 100 0 200 0 120 0 100 0 ( 200 0 671 .58 ) 104 120 0 ( 200 0 655 .2) 125 ZYZXYFNF F NFN? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? 壽命值：61060nTL?，其中絲杠轉(zhuǎn)速0maxlvn? (r/min) m a x06150002021 40 0 / m i n560 40 0 15 00 0 36010ThvnrlL?? ? ????? 最大動(dòng)載荷： FffLQ WH3? 式中： fW 為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)為 ~； fH為硬度系數(shù)， HRC≥58 時(shí)為 。 計(jì) 算 機(jī) 光電隔離 功率放大 步進(jìn) 電機(jī) X 向工作臺(tái) 光電隔離 功率放大 步進(jìn) 電機(jī) Y 向工作臺(tái) 7 取 X 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?410mm,Y 向?qū)к壷武撉虻闹行木酁?00mm,設(shè)計(jì)工作臺(tái)簡(jiǎn)圖如下 : X 向拖板 (上拖板 )尺寸為 : 長(zhǎng) *寬 *高 =420*410*50 重量 :按重量 =體積 *材料比重估算為 : xW = 32420 410 50 10 10 N??? ? ? ? ? ? Y 向拖板 (下拖板 )尺寸為 : 420 400 50?? 重量 YW = 32420 400 50 10 10 N??? ? ? ? ? ? 上導(dǎo)軌 (含電機(jī) )重量為 23( 900 480 8 2 800 35 50) 10 10 487 .97 N??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 夾具及工件重量 :約 155N XY 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)部分總重量為 : 155 2021WN? ? ? ? ? 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷 Fz和估算的 Wx和 Wy計(jì)算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù) fSL=C0/P，式中： C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷， kN；工作載荷 P=(Fz+W)； fSL=~(一般運(yùn)行狀況 )， ~（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)）。 因此選擇脈沖當(dāng)量為 。系統(tǒng)總體框圖如下 ： 圖 系統(tǒng)總體框圖 4 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 機(jī)械部分設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，運(yùn)動(dòng)部件慣性的計(jì)算，選擇步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)及導(dǎo)向元件的設(shè)計(jì) 、計(jì)算與選擇，繪制機(jī)械部分裝配圖等。 由于工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部件重量和工作載荷不大，故選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，從 6 而減小工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。 X— Y 工作臺(tái)的傳動(dòng)方式 為保證一定的傳動(dòng) 精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。系統(tǒng)的工作程序和控制命令通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)。 MCS51 單片機(jī)的主要特點(diǎn)是集成度高，可靠性好，功能強(qiáng)，速度快，性?xún)r(jià)比高?？紤]到運(yùn)動(dòng)精度要求不高，為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，宜采用步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。 伺服系統(tǒng)的選擇 開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)在負(fù)載不大時(shí)多采用功率步進(jìn)電機(jī)作為伺服電機(jī) .開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由于沒(méi)有檢測(cè)反饋部件，因而不能糾正系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差。進(jìn)行方案的分析、比較。要求視圖 基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。 數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (1).微機(jī)及擴(kuò)展芯片的選用及控制系統(tǒng)框圖的設(shè)計(jì)； (2).I/O 接口電路及伺服控制電路的設(shè)計(jì)和選用； (3).系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì) 編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (1).說(shuō)明書(shū)是課程設(shè)計(jì)的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括總體方案的確定，系統(tǒng)框圖的分析，機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，電氣部分的設(shè)計(jì)說(shuō)明，選用元器件參數(shù)的說(shuō)明，軟件設(shè)計(jì)及其說(shuō)明； (2).說(shuō)明書(shū)不少于 84 字，盡量用計(jì)算機(jī)完成。 ，滾珠絲杠及導(dǎo)軌使用壽命： T=15000h，中等沖擊工作臺(tái)的有效行程為 LX =400mm 400YL mm? 快速進(jìn)給速度 m a x 200 0 / m inxv mm? m a x 2021 / m inyv m m? 和工作載荷 2021ZFN? 4 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 數(shù)控裝置總體方案的確定 (1).數(shù)控裝置設(shè)計(jì)參數(shù)的確定； (2).方案的分析，比較，論證。 2 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容 課程設(shè)計(jì) 的 題目 已知條件： 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的多用 XY 工作臺(tái)。沒(méi)有規(guī)模就不會(huì)有價(jià)值低廉而富有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品 。重點(diǎn)解決數(shù)控系統(tǒng)和相關(guān)功能部件 數(shù)字化伺服系統(tǒng)與電機(jī)、高速 電主軸系統(tǒng)和新型裝備的附件等 的可靠性和生產(chǎn)規(guī)模問(wèn)題。 2發(fā)展策略 從我國(guó)基本國(guó)情的角度出發(fā) ,以國(guó)家的戰(zhàn)略需求和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的市場(chǎng)需求為導(dǎo)向 ,以提高我國(guó)制造裝備業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)能力和產(chǎn)業(yè)化水平為目標(biāo) ,用系統(tǒng)的方法 ,選擇能夠主導(dǎo) 21 世紀(jì)初期我國(guó)制造裝備業(yè)發(fā)展升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)以及支持產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的支撐技術(shù)、配套技術(shù)作為研究開(kāi)發(fā)的內(nèi)容 ,實(shí)現(xiàn)制造裝備業(yè)的跨躍式發(fā)展。首先從社會(huì)安全看 ,因?yàn)橹圃鞓I(yè)是我國(guó)就業(yè)人口最多的行業(yè) ,制造業(yè)發(fā)展不僅可提高人民的生活水平 ,而且還可緩解我國(guó)就業(yè)的壓力 ,保障社會(huì)的穩(wěn)定 ?？v觀我國(guó)數(shù)控技術(shù)近 50 年的發(fā)展歷程 ,特別是經(jīng)過(guò) 4 個(gè) 5 年計(jì)劃的攻關(guān) ,總 體來(lái)看取得的成績(jī)還是不小。在此階段 ,由于改革開(kāi)放和國(guó)家的重視 ,以及研究開(kāi)發(fā)環(huán)境和國(guó)際環(huán)境的改善 ,我國(guó)數(shù)控技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)以及在產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在此階段 ,由于國(guó)外的技術(shù)封鎖和我國(guó)的基礎(chǔ)條件的制 ,數(shù)控技術(shù)的發(fā)展較為緩慢。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿(mǎn)足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 ,也是實(shí)現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元 ,反映了數(shù)控機(jī)床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。目前開(kāi)放數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范 、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運(yùn)行平臺(tái)、數(shù)控系統(tǒng)功能庫(kù)以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開(kāi)發(fā)工具等是當(dāng)前研究的核心。數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來(lái)之路。 (3) 智能化、開(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì) 2 21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) ,智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面 :為追求加工效率和加工質(zhì)量方 面的智能化 ,如加工過(guò)程的自適應(yīng)控制 ,工藝參數(shù)自動(dòng)生成 。當(dāng)前由于電主軸的出現(xiàn) ,使得實(shí)現(xiàn) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化 ,其制造難度和成本大幅度降低 ,數(shù)控系統(tǒng)的價(jià)格差距縮小。 (2) 5 軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展 采用 5 軸聯(lián)動(dòng)對(duì)三維曲面零件的加工 ,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削 ,不僅光潔度高 ,而且效率也大幅度提高。在加工精度方面 ,近 10 年來(lái) ,普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由 10μ m 提高到 5μ m ,精密級(jí)加工中心則從 3～ 5μ m ,提 高到 1～ m 并且超精密加工精度已開(kāi)始進(jìn)入納米級(jí) m 。從 EMO2021 展會(huì)情況來(lái)看 ,高速加工中心進(jìn)給速度可達(dá) 80m/ min ,甚至更高 ,空運(yùn)行速度可達(dá) 100m/ min 左右。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看 ,其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面 : (1) 高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢(shì) 效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。 31 1 1 引 言 發(fā)展 現(xiàn)狀 在我國(guó)對(duì)外開(kāi)放進(jìn)一步深化的新環(huán)境下 ,發(fā)展 我國(guó)數(shù)控技術(shù)及裝備、提高我國(guó)制造業(yè)信息化水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力 以日益迫切。 30 9 參考文獻(xiàn) 29 III 8 致謝 22 7 結(jié)論 22 軟件設(shè)計(jì) 13 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算選擇